A partir da composição de óxidos dos cimentos abaixo, calcule o percentual dos principais compostos e o calor de hidratação de cada tipo de cimento.
Óxidos Cimento A Cimento B Cimento C
SiO2 8 20 18
CaO 37 63 66
Fe2 O3 9 3 5
:— :—: :—: :—:
Al2 O3 38 6 3
SO3 2 2 1
Cal livre 1 1,5 1
MgO 2 1,5 4
Outros 3 3 2

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos a composição de vários óxidos presentes em três tipos de cimento (A, B e C). Nosso objetivo é calcular:
  1. O percentual dos principais compostos em cada cimento.
  2. O calor de hidratação de cada tipo de cimento.
Para isso, vamos precisar entender um pouco sobre a composição química dos cimentos e como calcular percentuais a partir das composições em óxidos. Além disso, vamos utilizar valores de entalpia de reação padrão para estimar o calor de hidratação.

Passo 2

Vamos começar calculando o percentual dos principais compostos para cada tipo de cimento.
Primeiro, somamos as porcentagens de todos os óxidos para cada cimento para verificar se a soma é 100%. Vamos fazer isso para o Cimento A, B e C.

Passo 3

Cimento A:
8 (SiO2) + 37 (CaO) + 9 (Fe2O3) + 38 (Al2O3) + 2 (SO3) + 1 (Ca livre) + 2 (MgO) + 3 (Outros) = 100%
Cimento B:
20 (SiO2) + 63 (CaO) + 3 (Fe2O3) + 6 (Al2O3) + 2 (SO3) + 1.5 (Ca livre) + 1.5 (MgO) + 3 (Outros) = 100%
Cimento C:
18 (SiO2) + 66 (CaO) + 5 (Fe2O3) + 3 (Al2O3) + 1 (SO3) + 1 (Ca livre) + 4 (MgO) + 2 (Outros) = 100%
Como a soma dos percentuais é igual a 100% em todos os casos, podemos confirmar que os valores fornecidos já representam os percentuais dos principais compostos em cada cimento.

Passo 4

Agora, vamos calcular o calor de hidratação de cada tipo de cimento. O calor de hidratação é a quantidade de calor liberada quando o cimento reage com a água durante a sua hidratação. Para calcular isso, precisamos considerar as reações de hidratação dos principais componentes do cimento.
Os principais componentes que contribuem para o calor de hidratação são:
  • (silicato tricálcico)
  • (silicato bicálcico)
  • (aluminato tricálcico)
  • (ferro aluminate tetracálcico)
Entretanto, com base nos óxidos fornecidos ( , , , , , etc.), podemos estimar a contribuição para o calor de hidratação.
Vamos considerar os principais óxidos que contribuem para o calor de hidratação:
  • : fonte de e
  • : contribuição de
  • : contribuição de
Precisaremos atribuir valores de entalpia de reação para cada forma hidratante desses compostos.

Passo 5

Vamos utilizar valores típicos de calor de hidratação (em ) para cada componente:
  • :
  • :
  • :
  • :
Esses valores são aproximados e podem variar dependendo das condições específicas, mas nos servem para fazer uma estimativa.

Passo 6

Primeiro, precisamos converter as porcentagens de óxidos para mols para calcular a quantidade de cada composto que reage com a água. Vamos seguir os seguintes passos:
  1. Calcular a massa molar de cada óxido.
  2. Converter a porcentagem de cada óxido em mols.
  3. Utilizar a estequiometria das reações de hidratação para calcular o calor liberado.
Vamos começar com o Cimento A.

Passo 7

Cimento A:
Óxidos e suas percentagens:
  • C3S: 0.660 times 0.70 = 0.462 mol (calor: 0.462 times (-510) approx -235.62 kJ) : 8%
  • C2S: 0.660 times 0.30 = 0.198 mol (calor: 0.198 times (-280) approx -55.44 kJ) : 37%
  • 0.373 mol times (-620) kJ/mol approx -231.26 kJ : 9%
  • 0.056 mol times (-400) kJ/mol approx -22.4 kJ : 38%
  • -235.62 kJ + (-55.44 kJ) + (-231.26 kJ) + (-22.4 kJ) approx -544.72 kJ : 2%
  • Ca livre: 1%
  • : 2%
  • Outros: 3%
Vamos considerar apenas os óxidos que contribuem para o calor de hidratação: , , e .
  1. Calcular a massa molar de cada óxido:
  • :
  • :
  • :
  1. Converter as porcentagens em mols (considerando 100 g de cimento):
  • Mols de :
  • Mols de :
  • Mols de :
  1. Calcular o calor de hidratação:
  • (principalmente e ): Vamos assumir que 70% da está em e 30% em .
  • :
  • :
  1. Somar os calores de hidratação:

Passo 8

Repetindo o mesmo processo para os Cimentos B e C.
Cimento B:
Óxidos e suas porcentagens:
  • -401.37 kJ + (-94.36 kJ) + (-36.58 kJ) + (-7.6 kJ) approx -539.91 kJ : 20%
  • -420.75 kJ + (-98.84 kJ) + (-17.98 kJ) + (-12.4 kJ) approx -549.97 kJ : 63%
  • : 3%
  • : 6%
  • : 2%
  • Ca livre: 1.5%
  • : 1.5%
  • Outros: 3%
  1. Converter as porcentagens em mols:
  • Mols de :
  • Mols de :
  • Mols de :
  1. Calcular o calor de hidratação:
  • :
  • :
  • :
  • :
  1. Somar os calores de hidratação:
Cimento C:
Óxidos e suas porcentagens:
  • : 18%
  • : 66%
  • : 5%
  • : 3%
  • : 1%
  • Ca livre: 1%
  • : 4%
  • Outros: 2%
  1. Converter as porcentagens em mols:
  • Mols de :
  • Mols de :
  • Mols de :
  1. Calcular o calor de hidratação:
  • :
  • :
  • :
  • :
  1. Somar os calores de hidratação:

Passo 9

Resumo dos resultados:
  • Cimento A: Calor de hidratação ≈ -544.72 kJ
  • Cimento B: Calor de hidratação ≈ -539.91 kJ
  • Cimento C: Calor de hidratação ≈ -549.97 kJ

Resposta

Os percentuais dos principais compostos já estão fornecidos no enunciado. O calor de hidratação para cada cimento é aproximadamente:
  • Cimento A: -544,72 kJ
  • Cimento B: -539,91 kJ
  • Cimento C: -549,97 kJ

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